Энергия связи

Наши партнёры .

Она определяется с помощью закона Эйн­штейна по так называемому дефекту массы ядра. Изме­рение массы атомных ядер и составляющих их нукло­нов, ‘производимое в современной физике с весьма высо­кой точностью, показывает, что масса ядра всегда меньше суммарной массы свободных нуклонов, из которых оно построено. Эта разность называется дефектом массы. Чем сильнее взаимодействуют нуклоны в ядре, тем бли­же они друг к другу, тем ‘плотнее «упаковано» ядро и тем больше дефект массы.

Рассчитаем для примера величину энергии связи ядра гелия. Масса протона с точностью до третьего знака после запятой равна 1,008
а.е.м., а масса нейтрона — 1,009 а. е.м. Суммарная масса двух протонов и двух ней­тронов, необходимых для образования ядра гелия, сле­довательно, равна 4,034 а.е.м. С другой стороны, изме­рение массы «построенного» ядра гелия, существующего в природе, показывает, что величина ее меньше и равна 4,003 а.е.м. Налицо «дефект» (убыль) массы, равный 4,034 — 4,003 = 0,031
а.е.м.

Следовательно, при образовании ядра гелия выде­ляется и передается окружающей среде масса, равная 0,031 а.е.м. По выделившейся массе и определяется выделившаяся энергия. Так как 1 а.е.м.- равна 1,66-Ю-27
кг, то убыль массы в килограммах составит 0,031-1,66-10″27 = БЫ О»24 кг. Умножая это число на квадрат скорости света по формуле (6), найдем:что в переводе на миллионы электрон-вольт составит 28
Мэв. Это и есть энергия связи ядра гелия. Такая энер­гия выделяется при образовании ядра из четырех нукло­нов, и точно такое же ее количество потребовалось бы для расщепления этого ядра на нуклоны.

Работы по созданию убежищ

Они выполняются с широ­ким использованием средств механизации, заранее под­готовленных элементов и конструкций. В убежищах люди находятся без индивидуальных средств защиты, так как убежища имеют фильтровентиляционные устройства. Воздухозаборные отверстия оборудуются специальными противовзрывньгми клапанами, что исключает затекание ударной волны внутрь убежища. В крайнем случае, вы­хлопные, всасывающие и другие — отверстия оборудуются герметическими заслонками, которые перекрываются вручную.

Убежища имеют два выхода: основной — с тамбуром и защитной дверью и защитно-герметическими перего­родками и запасный — в виде шахтного лаза. Гермети­зация входа в убежище нужна для того, чтобы не допу­стить попадания радиоактивных веществ внутрь убе­жища. Коллективные средства противоатомной защиты рез­ко уменьшают радиус поражения ядерным оружием. Чем прочнее сооружение, тем надежнее предохраняет оно от ядерного взрыва. Простейшие инженерные соору­жения уменьшают радиус поражения в полтора — два раза, более прочные — в три раза и более. На корабле для защиты от взрыва используются над­стройки, артиллерийские башни, броневые щиты. В слу­чае если вблизи нет ни укрытия, ни складки местности, нужно лечь на землю (палубу) лицом вниз. Лежа так, можно избежать Читать далее

Атомная электростанция

Она уже сейчас более экономич­на по сравнению с угольной, особенно для районов, далеко расположенных от месторождений угля или торфа.

На выбор той или иной схемы атомной электростан­ции влияет много факторов. Но уже сейчас имеются раз­нообразные реакторы, которые могли бы быть примене­ны для энергетических целей.

В Советском Союзе построены крупные реакторы с водяным теплоносителем. В частности, создан первый в мировой практике реактор с ядерным перегревом пара электрической мощностью 100 тыс. кет. Такой реактор уже работает на Белоярской атомной электростанции. Перегрев пара позволяет значительно повысить коэффи­циент полезного действия электростанции. В Сибири атомная энергетика имеет мощность свыше 600 тыс. кет. Недавно закончена строительством и пущена в опытно — промышленную эксплуатацию первая очередь Нововоро­нежской АЭС (атомная электрическая станция) мощно­стью 210 тыс.
кет.
В настоящее время эта АЭС успешно работает.

В разных странах АЭС создаются применительно к своим специфическим условиям. Например, в США на­коплен опыт по созданию реакторов с кипящей водой и реакторов с водой под давлением. Великобритания и Франция развивают атомную энергетику на основе реакторов с газовым охлаждением и графитовым замедлителем, в которых можно использовать при­родный или малообогащенный уран. В Канаде работают и разрабатываются реакторы с тяжелой Читать далее

Причина повышенной эффективности тепловых ней­тронов

При взаимодействии с ядром является то, что нейтрон обладает волновыми свойствами. Нейтрон в яв­лениях атомного масштаба ведет себя, как волна. Ней­трону, как и любой другой движущейся частице вещест­ва, сопутствуют волны де Бройля, длина которых обрат­но пропорциональна скорости частицы. Чем меньше скорость (а значит, и энергия), тем больше длина волны. У быстрых нейтронов с энергией 1 Мэв длина волны порядка Ю-12
см
; у тепловых нейтронов она больше и имеет величину порядка. Выше мы уже го­ворили о том, что длина волны ядерной частицы опре­деляет ее эффективный размер. Поэтому, когда быст­рый нейтрон замедляется и становится тепловым, длина его волны увеличивается, и он как бы становится боль­ше. Естественно, поэтому, что такой нейтрон, размеры которого больше размеров ядра, имеет больше шансов столкнуться с ядром и быть им поглощенным.

Проникая в ядро и попадая тем самым в сферу дей­ствия огромных ядерных сил, нейтрон приходит в очень быстрое движение с чрезвычайно высокой энергией до 50 Мэв, чему соответствует очень малая длина волны де Бройля (менее 1 фермы, равного, как известно, 10~13 см). Размеры нейтрона при такой большой энергии, как видим, малы, и он может свободно размещаться внутри ядра. Напомним, что радиус атомного ядра, рав­ный радиусу действия ядерных сил, составляет 1,4 ферма Читать далее

Цепная реакция

С этого момента начнет протекать цепная реакция деления, сопровождающаяся выделением ядерной энергии. Если продолжать далее вдвигать стержень в полость цилиндра, то количество нейтронов, производящих деление урана, будет возра­стать, а вместе с этим будет возрастать и мощность реактора. Очевидно, можно добиться такого положения, чтобы мощность реактора оставалась постоянной. Для этого урановый стержень нужно все время держать в та­ком положении, чтобы коэффициент размножения ней­тронов был равен единице.

Рассмотренная простейшая схема ядерного реактора на чистом делящемся веществе (уране-235 или плутонии-239) обладает существенным недостатком. Регули­ровка цепной реакции в этом случае с постоянной ско­ростью затруднена тем, что объем делящегося вещества очень мал. Ведь критический объем, при котором идет цепная реакция, такого полого цилиндра будет мень­ше 100 см3. Чтобы исключить этот недостаток, можно, не изме­няя принципиальной схемы реактора, стержень и полый цилиндр из чистого урана-235 заменить стержнем и по­лым цилиндром из урана-235 с каким-либо разбавителем, например металлом. В этом случае критический объем увеличится, а вследствие этого облегчится и регулиров­ка мощности реактора. Ядерную энергию урана можно высвободить и без разделения естественного урана на изотопы. Для этого нужно создать условия, при которых возможна цепная реакция в естественном уране. Эти условия Читать далее

Запуск реактора

Для пуска реактора используются нейтроны, обра­зующиеся при самопроизвольном делении ядер урана. Такие нейтроны всегда имеются в реакторе, поэтому, когда реактор не работает, регулирующие стержни (по­глощающие нейтроны) должны быть полностью опуще­ны. Пуск реактора осуществляется поднятием регули­рующих стержней, начавшаяся цепная реакция будет да­лее сама себя поддерживать. Как видим, для пуска реактора нет необходимости подогревать или охлаждать ядерное горючее. Нужно только выдвинуть регулирую­щие стержни до нужного уровня. Цепная реакция далее будет протекать практически при любых условиях: при наличии, а также отсутствии высокого или низкого дав­ления, температуры, наличии или отсутствии электриче­ского, магнитного и других полей. При цепной реакции «осколки» деления и нейтроны сталкиваются, например в гомогенном реакторе, с ато­мами замедлителя и отдают им свою энергию. Замед­литель при этом нагревается. Для его охлаждения сквозь реактор пропускают газ или воду, которые из котла вы­ходят нагретыми. Для дальнейшего превращения тепловой энергии в электрическую нагретую воду или газ пропускают через теплообменник, в результате чего вода, циркулирующая в нем, превращается в пар. Пар затем используется для вращения электрического турбогенератора. Таким обра­зом, в реакторе ядерная энергия может преобразовы­ваться в электрическую или другие виды энергии и использоваться для передвижения судов, Читать далее

Ядерная физика

Одна из важных областей современной физики — ядерная физика — прямой результат той революции в естествознании, о которой говорил В. И. Ленин. Непо­средственная предыстория ее началась в 1896 г., когда французский ученый А. Беккерель открыл радиоактив­ность. Ряд новых исследований, проведенных в после­довавшие за этим годы, привели великого английского физика Э. Резерфорда к открытию в 1911 г. атомного ядра. Так в 1911 г. родилась ядерная физика, занимаю­щаяся изучением атомных ядер. За 50 с небольшим лет, прошедших с той поры, ядерная физика развивалась небывалыми темпами. Было обнаружено, что атомные ядра имеют сложное строение и заключают в себе ко­лоссальные запасы энергии; установлено, что свойства молекул, атомов, ядер и других мельчайших частиц определяются своеобразными, ранее не известными кван­товыми законами.

Величайшим достижением ядерной физики явилось открытие в 1939 г. так называемого деления ядер атомов урана, вызываемого нейтронами. Это явление в настоящее время положено в основу про­мышленного производства ядерной (атомной) энергии, начало которому было положено в Советском Союзе, где в 1954 г. была пущена первая в мире атомная электро­станция. Открытие ядерной энергии и методов ее про­мышленного производства — величайшее достижение XX столетия. Использование нового вида энергии влечет за собой коренное преобразование энергетики, транспор­та, технологии, Читать далее

Утечка энергии в окружающую среду

Это обусловлено утечкой энергии в окру­жающую среду путем теплопередачи и излучения. Как устранить ее? При тех температурах, которые должны быть пройдены в процессе нагревания вещества, утечка определяется главным образом столкновениями частиц разогреваемого вещества со стенками сосуда (баллона), в котором вещество заключено. Поэтому необходимо прежде всего изолировать нагреваемое вещество от сте­нок сосуда. Так как при высоких температурах вещество существует в виде плазмы, то задача теплоизоляции сводится к необходимости удерживать быстрые частицы плазмы внутри некоторого объема вдали от стенок. Это необходимо осуществлять в течение такого времени, ко­торое достаточно для того, чтобы заметная доля ядер успела соединиться между собой. На Солнце и звездах, имеющих огромную массу, частицы раскаленной плазмы удерживаются в определен­ном объеме силами тяготения; именно поэтому термоядерные реакции протекают в недрах этих светил на неизменном уровне в течение миллиардов лет. Чем заменить силы тяготения в лабораторных усло­виях, когда — масса разогреваемого вещества мала и по­этому совершенно ничтожные силы тяготения не могут оказывать такого же действия? В 1950 г. академики И. Е. Тамм и А. Д. Сахаров предложили воспользовать­ся для теплоизоляции плазмы магнитными силами. Идея маг­нитной теплоизоляции в ее простейшем виде Читать далее

Принципиальная схема устройства атомного заряда

Здесь заряд из урана или плуто­ния разделен на шесть частей. При взрыве обычного взрывчатого вещества (ВВ) все части устремляются к центру и образуют атомный заряд со сверхкритической массой, окруженный отражателем и массивной метал­лической оболочкой. Происходит атомный взрыв. Могут быть применены и другие методы образования критиче­ской массы. Например, меняя форму (линейные раз­меры) данного количества делящегося материала, име­ющего докритическую массу, в некоторых случаях мож­но сделать его массу критической или сверхкритической. Это произойдет, например, в том случае, когда мы тон­кую сферическую оболочку из урана или плутония сож­мем в шар. Осуществить это можно следующим образом. Вокруг тонкой урановой или плутониевой сферической оболочки размещается обычное взрывчатое вещество, которое в нужный момент подрывается. В результате действия газов урановая или плутониевая оболочка сжимается в шар, образуя сверхкритическую массу, в которой начинается цепная реакция, завершающаяся взрывом делящегося материала.

Для обеспечения безотказности действия атомного заряда и ускорения развития цепной ядерной реакции, а следовательно, для повышения коэффициента исполь­зования ядерного горючего в бомбах обычно применя­ются Читать далее

Воздействие ударной волны на различ­ные сооружения и объекты

Разрушающее действие воздушной ударной волны вызывается тем, что она, встречая на своем пути какое-либо препятствие, производит на него значительное давление. Если, напри­мер, воздушная ударная волна встречает на своем пути дом, то она производит прежде всего удар по той стене дома, к которой она подошла. Движущиеся массы воз­духа производят давление на стенку, во-первых, потому, что этот воздух сильно сжат, и, во-вторых, потому, что его перемещение задерживается стеной и энергия дви­жения переходит в энергию давления, которое соответст­венно повышается. По краям стены уплотненная масса воздуха немедленно после своего образования начинает обтекать стену. Область, в пределах которой воздух во­влечен в движение обтекания, быстро увеличивается, и через небольшой промежуток времени почти вся масса уплотненного при ударе о стену воздуха оказывается вовлеченной в движение обтекания преграды. Вследствие того что наступает обтекание, первона­чальная сила, действующая на дом, уменьшается. Это уменьшение прежде всего связано с тем, что снижается давление в массах воздуха, уплотненных волной у пе­редней стены здания. Кроме того, волна, обтекая зда­ние, оказывает давление на него сзади и с боков, а так­же, проникая внутрь здания через окна и двери, повы­шает давление воздуха внутри здания. Характерным разрушением, производимым воздуш­ной ударной волной, является Читать далее